甘洛田坝镇富硒土地球化学特征及对玉米的影响

詹翼达，刘应平，王俊



甘洛田坝镇富硒土地球化学特征及对玉米的影响

詹翼达，刘应平，王俊

（成都理工大学，成都 610059）

2017年8月四川省地矿局开展的“甘洛县田坝镇挖夯村等11个村农业地质调查调查评价”项目，对其中56件玉米样品及配套根系土样品的Se和重金属含量及富集情况进行分析。结果表明：6件玉米样品属于天然富硒玉米，Se在土壤呈碱性条件及富含有机质时易于被植物吸收。该区土壤Se主要以不易被植物吸收利用的亚硒酸盐形式存在，土壤中有机质、N、P等营养组分的提高可以促进Se在植物中的富集。研究区玉米中相关元素含量依次为 As > Cd > Pb > Hg；玉米对Cd有较强吸收能力，而对Pb、Hg的吸收能力较弱。

硒；地球化学；玉米；甘洛田坝镇

田坝镇位于四川省凉山彝族自治州甘洛县西北部，地理坐标，东经102°38′～102°46′，北纬28°59′～29°04′，面积54.54km2。

2017年8月四川省地矿局开展的“甘洛县田坝镇挖夯村等11个村农业地质调查调查评价”项目，对其中56件玉米样品及配套根系土样品进行研究，对其Se和重金属含量及富集情况进行分析。图1为该次农业地质调查评价的区域。

1 样品分析方法

1.1 样品分析与数据处理

植物样品及配套根系土样品分析由具有国家计量认证的成都岩矿综合中心承担；采用Mapgis制作示意图，数据统计分析采用SPSS和Excel数据软件处理完成。

图1 工作区范围及拟发展产业示意图

1.2 农作物中元素富集情况及污染评价

农作物中元素富集情况以富集系数来评价。富集系数是指植物中某一元素含量与土壤中相应的元素含量的比值，它在一定程度上反映出土壤—植物中元素的迁移的难易程度，可以直观反映出元素在植物体内的富集程度[2]。富集系数和综合污染指数可以分别指示植物中元素的富集程度及重金属的污染评价。

式中：BCF为农作物中元素富集系数；Cp为农作物中元素含量（mg/kg）；Cs为根系土含量（mg/kg）。

综合污染指数（尼梅罗综合污染指数法）[3]，计算公式如下：

式中：Pi为污染物i的污染指数；Ci为污染物i的实际值（mg/kg）；Si为农作物污染物i的参考值（mg/kg）；P为综合污染指数；Pmax为最大单项污染指数；Pavg为单项平均污染指数。

根据P和Pi的变幅，可以划分4个污染等级：P≤1，该区无污染；1≤P≤2，该区轻度污染；2≤P≤3，该区中度污染；P≥3，该区重污染。

2 研究区玉米中Se含量特征

2.1 玉米Se含量水平

研究区玉米中Se含量变化范围0.013~0.071mg/kg，平均值为0.028mg/kg，变异系数为41.03%（表1）。根据《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008）[4]规定，玉米中检验结果Se含量在0.04~0.30 mg/kg之间的，判定为富Se玉米；检验结果Se含量小于0.04mg/kg 的，判定为非富硒玉米。研究区10%（6件）的玉米属于富硒玉米，90%（50件）玉米样品低于0.04mg/kg。分布如图1所示，富Se玉米产地主要与三叠系—二叠系页岩夹粉砂岩、少许灰岩、白云岩成土母岩有关，对本区规划发展天然绿色富Se农产品具有重要意义。玉米平均值小于富Se标准0.04 mg/kg，属于非富Se玉米。

表1 研究区玉米和根系土Se及根系土中其他元素质量分数统计表

图2 富Se土地资源分布图

研究区玉米根系土Se含量在0.053 mg/kg和0.652 mg/kg之间，平均值为0.141 mg/kg，值得注意的是，其平均值低于中国表层土壤Se元素平均值[5]0.290mg/kg和世界土壤表层平均值[6]0.20mg/kg，标准差为0.106mg/kg，变异系数为38.8%。富硒土壤（含量大于0.4mg/kg）主要分布于洼裂村，岩性为二叠系—志留系的玄武岩、页岩夹粉砂岩、少许灰岩、白云岩；适量Se土壤主要分布于洼裂村、曙光村、大田村（图2）。

2.2 玉米Se含量与土壤性质和组分的关系

根系土含Se量与玉米含Se量对比如图3所示，可以看出，随着前者含量的增加，玉米含Se量呈无规律的上下波动。表3也表示出两者只在0.05水平上呈中度相关，说明根系土Se含量并不是控制玉米Se含量的最主要因素1。

从表2可知，富集系数与根系土Se全量（p<0.01。 r=-0.584）成显著负相关且与富集系数与pH（p<0.05，r=0.281）呈显著正相关。这是因为在碱性条件下，Se以硒酸盐形式存在，易被植物吸收利用；中酸性条件下，Se以亚硒酸盐形式存在，且亚硒酸盐迁移淋溶作用较弱，植物不容易吸收利用。所以由于Se的各种形态在一定条件下可以相互转化，Se的存在形式决定了自身的有效程度。所以当土壤呈中酸性时，根系土中Se的有效性较低，富集系数也随之降低[8]。该区土壤pH在4.3~8.4之间，绝大部分属于中酸性土壤，玉米根系土中Se主要以不易被玉米吸收的亚硒酸盐形式存在；根系土Se含量与有机质（p<0.01，r=0.611）呈显著正相关，其原因有两种可能，一是土壤有效Se可以通过土壤有机质分解、释放，二是在土壤有机质的腐解过程中，其中间产物以及某些合成产物有益于Se的活化[9]；根系土有机质与富集系数（p<0.01, r=0.656）存在显著负相关，原因是在中、酸性土壤中，大量Se元素由于被有机质通过静电引力吸附而无法想玉米植株中迁移；富集系数与根系土中Ｎ（p<0.05, r=-0.333）、P（p<0.05, r=-0.239）成显著负相关，说明大量使用含高氮、磷的肥料并不利于玉米对土壤中Se的吸收。

图3 玉米含Se量与根系土含Se量对比图

3 研究区玉米中重金属特征

3.1 玉米中重金属含量

玉米籽实中As、Cd、Hg、Pb含量变化范围分别为0.009 ~ 0.085mg/kg、0.002 ~0.059mg/kg、0.001~0.007mg/kg和0.027~ 0.059mg/kg，其平均值为1.84mg/kg、17.68mg/kg、0.013mg/kg、0.011mg/kg、0.002mg/kg和0.037mg/kg。与《食品安全国家标准视频中污染物限量》（GB2762- 2017）[12]相比，56件样品均未超标。

表2 元素间相关系数对比表

**. 在 0.01 水平（双侧）上显著相关；*.在 0.05 水平（双侧）上显著相关

表3 玉米中重金属含量及富集系数表

3.2 玉米中重金属富集系数

由于不同重金属的性质不同，其在土壤与农作物间富集系数也会表现出差异。如表3所示，4种重金属中Hg、Pb的富集系数最低，说明Hg、Pb在土壤中的移动能力较差，玉米吸收富集Hg、Pb的能力最弱。这是因为进入土壤中Hg一般以无机态形式存在[13]，且无机汞因溶解度低，在土壤中迁移转换能力很弱；土壤中的Pb大多集中在表土层，且很难向下移动，这是因为土壤中Pb易与有机物、矿物质结合而结合成不易溶解的物质[14]。当侵入农作物组织后，Pb多数集中在农作物根部，以 Pb3(PO4)2和PbCO3两种形式存在，由于沉淀、钝化或吸收等作用，被农作物根系吸收的Pb难以向茎、叶移动，这大大提高了植物对Pb的耐性[15]。第二个原因是土壤中的有机质含有可以吸附土壤中Pb+的腐殖质，造成Pb在土壤中大量富集沉积[16]。

由表5可知，农作物中Cd的富集系数最高。这是因为当他土壤偏酸性或处于氧化条件下，Cd呈水溶性Cd存在，溶解度增高，且易于在土壤中迁移，从而增强了其在土壤和农作物之间迁移富集的能力[14]。

3.3 玉米中重金属污染评价

当农作物中积累一定限量的重金属时，植物细胞的分裂和生长会受到抑制，某些酶的活性也会被抑制或刺激[17]，不仅会影响其阻止蛋白质的合成[18]，也会伤害其细胞膜系统，抑制农作物的生长发育。并通过食物链最终对人体健康造成威胁。例如：Pb能与人体中多种酶相结合，影响有机体多方面的生理活动，造成全身器官累积中毒，潜在危害极大。因此，应特别注意防止重金属对农田土壤的污染。可参照国家相关标准（CB 2762-2017）结合尼梅罗综合污染指数法对农作物的可食部分进行重金属污染评价[19-20]。

表4 玉米籽实中污染系数

4 结论

1）根据《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008）研究区10%（6件）的玉米属于富硒玉米，且富硒玉米产地主要与三叠系—二叠系页岩夹粉砂岩、少许灰岩、白云岩成土母岩有关。

2）土壤呈碱性或富含有机质的情况下，有利于植物对Se的吸收；该区土壤多为中酸性土壤，Se主要以亚硒酸盐形式存在，不易被植物吸收利用。

3）土壤中有机质、N、P等营养组分的提高可以促进Se在植物中的富集。

4）研究区玉米中重金属含量依次为 As > Cd > Pb > Hg，且总体而言玉米对Cd有较强的吸收能力，而对Pb、Hg的吸收能力较弱。

5）污染指标评价数据表明，该区56件玉米样品中，4种重金属合格率均为100%，无污染。

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Geochemical Characteristics of Se-Rich Soil in Tianba Town, Ganluo, Sichuan and Their Influence on Corn Quality

ZHAN Yi-da LIU Ying-pin WANG Jun

(College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

56 corn samples from the Wahang Village, Tianba Town, Ganluo, Sichuan are analyzed for Se and some heavy metallic elements. The analyses indicate that 6 samples are rich in Se. The Selenium in the studied area occurs asselenite in soil. Organic material and nitrogen as well as phosphorus in soil may promote enrichment in Se in corn. Content of the other elements in corn from the studied area is characterized by As > Cd > Pb > Hg.

selenium; geochemistry; corn; Tianba Town, Ganluo

2018-10-12

四川甘洛县田坝乡十一村土地质量地区化学测量调查

詹翼达（1994-），男，研究生在读，研究方向：地球化学

P595

A

1006-0995（2019）01-0026-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.01.006